Seismilised lained

Allikas: Vikipeedia
Keha- ja pinnalained

Seismiline laine on igas suunas eemale leviv deformatsioonienergia kandja, mis tekib energia kiirel vabanemisel.[1]

Seismilised lained levivad Maa sfäärides ja piki maapinda. Lained võivad tekkida looduslikult ja tehislikult. Loodusliku tekkega lained pärinevad maavärinate epitsentrist ja levivad sellest eemale suure kiirusega. Tehislikud lained on põhjustatud plahvatuse tagajärel vabanevast seismilisest energiast.[2]

Seismoloogia on geoloogia haru, mis uurib maavärinaid ja Maa sees levivaid seismilisi laineid. Laineid registreerib seismograaf, mis mõõdab maapinna võnkumisi ja lindistab neid. Tulemusena moodustub graafik ehk seismogramm, mis väljendab võnkumisamplituudi sõltuvust ajast.[3] Seismogrammi abil saab määrata maavärina magnituudi. Seismilised lained registreeritakse ülemaailmse seismojaamade võrgustiku kaudu. Seega Jaapanis või Indoneesias esinevaid maavärinaid saab registreerida ka Eestis.

Seismoloogia abil tuvastati Maa sfäärid. Maa pealmise osa moodustab maakoor, mille all paikneb astenosfäär ja vahevöö. Vahevööle järgnevad välis- ja sisetuum.

Seismomeetria on teine geoloogia haru, mis uurib maakoore ülemisi sfääre kuni mõnekümne kilomeetri sügavuses. Selleks tekitatakse tehislikke laineid, mille plahvatusallika asukoht on täpselt teada. Laineid registreeritakse maapinnal geofooni abil ja salvestatakse seismogrammi näol. Edaspidi uuritakse murdunud laine ja peegeldunud lainete saabumisaegu.[4] Seismilisi laineid ja nende levikut ning füüsilisi omadusi uurivad geofüüsikud ja seismoloogid.

P- ja S-lainete levik

Lainete tüübid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Seismilisi laineid on kahte tüüpi, nn keha- ja pinnalained. Kehalained, mis ulatuvad Maa sisesfääridesse, jaotatakse kaheks P (piki-), ja S-(risti-) laineteks. Pinnalained, mis saavad levida mööda maapinda, on jaotatud Raylegh' ja Love'i laine laineteks. Lainete levikukiirust Maa sisemuses ja piki selle pinda määravad kivimite keemilis-füüsikalised omadused: koostis, tihedus ning elastsusmoodulid (elastsus-, nihke-, mahumoodulid ja Poissoni tegur). Samuti mõjutavad lainete kiirust temperatuur ja rõhk.

Maad läbivate seismiliste lainete kiiruse sõltuvus sügavusest. [5] Välistuumas S-laine kiirus on 0 km/s. Uuesti saab S-laine tekkida sisetuumas.

[6]

Kehalained[muuda | redigeeri lähteteksti]

P-lained[muuda | redigeeri lähteteksti]

P-laine (inglise primary) ehk pikilaine on seismiline laine, mis levib tahkes, vedelas kui ka gaasilises keskkonnas. Maa sisemuses levivad P-lained on seismilised lained ja võivad tekkida maavärinate tagajärjel. Õhus levivad pikilained on helilained. P-laine puhul liiguvad kehaosakesed paralleelselt laine levikusuunaga. Kui laine läbib keha, siis selle osakesed surutakse kokku ja hõrendatakse vaheldumisi.[7]

P-laine levikukiirus varieerub oluliselt sõltuvalt keskkonna omadustest. Näiteks levib pikilaine õhus helilainena kiirusega 0,3 km/s, vees kiirusega 1,5 km/s. Maakoores on levikukiirus alates 6 km/s ja see suureneb sügavusega. Maksimaalse kiiruse 14 km/s saavutavad pikilained Maa vahevöö ja välistuuma piiril (D’’ tase), sügavusel 3000 km.[3].

P-laine kiirus homogeenses anosotroopses keskkonnas on leitav võrrandist:

v_p= \sqrt{ \frac {K+\frac{4}{3}\mu} {\rho}}= \sqrt{ \frac{\lambda+2\mu}{\rho}}

kus K on mahumoodul (keha kokkusurutamatus), µ on nihkeelastsusmoodul (esimene Lamé parameeter), ρ on materjali tihedus ja λ on teine Lamé parameeter.

Pikilained levivad kõigist lainetest kiiremini. Seega saabuvad need seismojaama esimesena ja salvestatakse seismogrammile.

S-lained[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis S-laine

S-laine (inglise secondary) ehk ristilaine on seismiline laine, mille levikul toimub kehaosakeste nihe risti laine levikusuunale.[8] Seda tüüpi lainet juhivad vaid tahked keskkonnad. Tahked ained on reeglina jäigad (nihkemoodul µ = ∞). Vedelikel ja gaasidel puudub jäikus (nihkemoodul µ =0), mistõttu need ei juhi ristilaineid. Erinevalt pikilainetest ei levi ristilained Maa välistuumas, kuna see on vedelas olekus. Seismiline energia levib välistuumas P-lainete näol.[9]Tekib niinimetatud varjutsoon S-lainete jaoks. Sise- ja välistuuma piiril pikilained murduvad ning ristilained saavad tekkida uuesti. Edaspidi levivad sisetuumas mõlemat tüüpi lainet. Sisetuumast väljudest muutuvad S-lained uuesti P-laineteks. [3]S-lainete kiirust saab välja arvutada järgneva võrrandi abil:

v_s= \sqrt{ \frac {\mu} {\rho}}

Võrrandist järeldub, et levikukiirus sõltub keskkonna jäikusest ja selle tihedusest. Maakoores ristilained levivad kiirusega 3–4 km/s ja see kasvab koos sügavusega. Maksimaalse kiiruse 7 km/s saavutab laine sügavusel 3000 km, vahevöö ja välistuuma piirpinnal. Tahket sisetuuma läbib S-laine kiirusega 2,5–3,0 km/s.[3]Ristilained levivad üldiselt aeglasemalt kui pikilained. Seega jõuab S-laine seismojaama teisena, pärast P-lainet.

Pinnalained[muuda | redigeeri lähteteksti]

Rayleigh' laine
Love'i laine

Pinnalaineid on kahte tüüpi: Rayleigh’ ja Love'i. Need eksisteerivad vaid elastse keskkonna vabapinnal, st maapinnal ja mere põhjal. Pinnalainete amplituud on suurim keha pinnal ning väheneb eksponentsiaalselt sügavusega. Seda tüüpi lained levivad epitsentrist eemale kiirusega ~2–4 km/s mööda pinda. Pinnalainete levikukiirus sõltub laine sagedusest. Mida suurem on produtseeritud laine sagedus, seda väiksem on lainepikkus ja seda aeglasemalt laine levib.[10]

Pinnalained on silmaga nähtavad (maapinna liikumine) ja neid tunnevad inimesed maavärina ajal. Aineosakeste liikumine on suurim just pinnalainete puhul, sellepärast põhjustavad need suurimat kahju.

Seismojaama jõuavad pinnalained viimasena, pärast P- ja S-laineid. Neil lainetel pole seismoloogias erilist tähtsust.

Rayleigh' lained[muuda | redigeeri lähteteksti]

Raylegh’ laine on seismiline pinnalaine, mis levib ainult mööda vabapinda. See on kõige aeglasemalt leviv seismiline laine. Raylegh’ laine tekib P- ja S- lainete vastastikmõjul maapinnaga.[6] Seda tüüpi lained liiguvad kiirusega ~3 km/s. Need lained võivad teha mitu ringi Maa ümber, enne kui hajuvad. Kehas, mida läbib Raylegh’ laine, liiguvad osakesed lainelevikusuunaga paralleelselt. [11] Samal ajal alluvad aineosakesed ellipsoidaalsele liikumisele. Üldises mõttes sarnanevad Raylegh’ lained vee lainetusega.[12]

Love'i laine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Love'i laine on seismiline pinnalaine, mis levib ainult mööda maapinda. Selle laine puhul liiguvad aineosakesed paralleelselt maapinnaga ja risti laine levikusuunaga.[13] Maapinnal on Love'i laine amplituud maksimaalne, kuid sügavuse suunas kahaneb eksponentsiaalselt. Love' lained levivad aeglasemalt kui P- ja S- , aga kiiremini, kui Ralegh’ lained.[12] Love'i laine kiirus on ~3 km/s, kuid sõltub produtseeritud laine sagedusest.

Nagu Raylegh’, teeb Love'i laine mitu ringi Maa ümber enne täielikku hajumist. Maavärina puhul tekitavad Love'i lained suuri kahjustusi eriti epitsentri läheduses. Just seda tüüpi laineid tunnevad inimesed maavärina ajal.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Earthquake Glossary Seismic wave
  2. :Seismic Waves Generated by Aircraft Impacts and Building Collapses at World Trade Center, New York City
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 Robert J. Lillie (1999). Whole Earth Geophysics: An Introductory Textbook for Geologists and Geophysicists, lk 54–55, 213, 210–211
  4. John Milsom (2003). Field Geophysics
  5. GR Helffrich & BJ Wood (2002). "The Earth's Mantle". Nature (Macmillan Magazines) 412 (2 August): 501; Figure 1. doi:10.1038/35087500. :
  6. 6,0 6,1 C. M. R. Fowler (2004). The Solid Earth: An Introduction to Global Geophysics lk 100–103
  7. Earthquake Glossary P-wave
  8. Earthquake Glossary S-wave
  9. University of Illinois at Chicago (17 July 1997).Seismographs and the Earth'interior, lecture 16
  10. W. M. Telford, L. P. Geldart, R. E. Sheriff (1990).Applied Geophysics
  11. Earthquake Glossary Raylegh' wave
  12. 12,0 12,1 Seismic Waves and Earth's Interior
  13. Earthquake Glossary wave

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]